鋼結構設計在建筑工程中的應用分析

李建華

（河南省中原石化工程有限公司 河南省濮陽市 457000）

前言

鋼結構本身比混凝土結構、磚石結構等具有良好的優勢，它的優勢不僅體現在材料的性能方面，還體現在力學性能方面。從目前鋼結構設計的發展來看，它的功能不再限于是一種結構工具，而是成為一種中介，在一定的性能系數下可以在建筑中發揮出獨特的作用，為優化建筑的質量提供保證。因此，加強鋼結構設計在建筑工程中的應用分析顯得十分重要。

1 鋼結構設計概論

鋼結構設計要從物理特性和經濟性方面進行判斷：①經濟方面，把鋼結構運用到施工建設中，可以在很大程度上節約施工的成本。②物理特性，為了保證鋼結構的設計，質量和施工質量，要盡量提高其物理承受力，結合其體系特點、荷載性質和分布特征來進行綜合性分析。通常情況下，不僅要保證力學模型的清晰度以及剛度的均勻程度，還要保證柱間扛側支撐的分布均勻。

鋼結構之所以在建材市場占據較大的比例，受到很多施工單位的重視，主要有以下三個方面的原因：①鋼材質地均勻。一定應力條件下，鋼結構由于受力而產生的實際彈性和力學計算中的理想數據最為接近，無論是材質還是內部結構都很穩定。②鋼材強度比較大。和一般的建筑材料相比，鋼材的強度大，抗震性好，如表1所示。另外，鋼材的體積比較小，在建筑施工時，可用面積大。鋼材的內部結構緊密，自身重量小，遇到突發的自然災害時能夠減輕建筑物的重量，還能使整個工程造價降低。③鋼材和其它的鋼筋材料不同，它的可塑性很強，不會因為載重問題出現折斷的情況，這也和鋼材內部對外來作用力的合理分配和對應力平衡的把握有關。

表1 鋼結構建筑抗震等級

2 鋼結構設計在建筑工程中的優勢

2.1 優良的塑性和韌性

剛結構優良的塑性和韌性具體表現在：建筑在出現超載嚴重或者負載的情況下，鋼結構能夠重新分配作用力，減少建筑的應力變化幅度，避免鋼結構出現斷裂的現象。這一性質也使得鋼結構建筑在抗震方面表現出良好的優勢。在地震發生時，鋼結構建筑可以通過本身發生的彈性和塑性形變，吸收一定程度的地震破壞力，從而達到抗震目的。和多種建筑材料相比之下，鋼結構建筑的抗震性優勢最為明顯，效果最好。

2.2 鋼材料質地均勻

鋼材料自身的材料性能和其在力學計算方面的假定符合度很高。另外一方面，鋼材料的內部組織結構和各項同性最為接近，材料自身波動范圍很小，其彈性在所有的建筑材料中是最為理想的，與此同時，其在一定受力范圍內，屬于完全彈性材料，實際受力和工程力學的計算結果符合度高，所以優勢很明顯。

2.3 鋼結構設計在高層建筑中造價低

當前，鋼結構設計也逐漸應用到高層建筑中，其推廣應用不僅降低了投入成本，而且提高建筑的可靠性和安全性，有利于提高收益。相比于鋼筋混凝土用在高層建筑中，鋼結構的總成本更低，并且其質量也比鋼筋混凝土要輕很多，因此運輸費用就相對較低。鋼結構的使用在一定程度上也可以縮短工程時間，減少人工費和其他因為工期而支付的費用。所以，鋼結構設計在高層建筑中具有良好的造價優勢。

2.4 鋼結構建筑所需的施工時間更短

顯然，鋼結構設計和其他類型的建筑工程相比，其受氣候和環境等外界條件的影響比較小。鋼結構的生產加工是在工廠內部完成的，加工完后直接送到建筑場所組裝即可完工。這就意味著其施工周期比其它類型的建筑施工周期短，對施工場所的周圍環境影響也小，完全符合國家關于文明施工的要求。并且，鋼結構建筑的生產屬于自動化，這在很大程度上降低了人工成本，為企業經濟效益的提高做出很大貢獻。

3 鋼結構設計在建筑中的缺點

3.1 質量問題

鋼結構在專業的綜合項目設計中存在較多的設計任務，因此它的設計費用比較高，相對來說在人力資源方面開銷也比較大。另外受很多因素影響，鋼結構的設計過程比較麻煩，完成度不高。某些設計單位甚至不愿意接受鋼結構的設計，甚至會出現一些單位把鋼結構設計的工作承包出去的情況。進行設計的單位，由于缺乏實際設計經驗，設計出的鋼結構質量不高，導致建筑行業設計市場出現混亂的狀況。另外，我國建筑行業并沒有對鋼結構設計環節制定出對應的法律規范和監督機構，使得鋼結構設計質量問題頻發。

3.2 設計方案不夠完善

鋼結構本身由于設計成本比較高，所以其設計和承接往往是分包進行的，這就意味著鋼結構設計的深度在一定程度上降低了。一些設計不能符合原來的設計要求，柱角設計出現錯誤。通常來說，柱腳的設計類型分為三種：埋入式、外露式和外包式。民宅設計中通常使用外露式的設計。底板的塑性變形和彈性往往決定了柱腳的剛度，設計中鋼結構會隨著地板的變形而發生形變，設計人員要對這些問題充分進行考慮，并對結構內力進行分析，否則會使柱腳節點受到破壞，從而使整個建筑結構遭到破壞。

3.3 實際施工中防腐防銹處理不當

眾所周知，鋼結構最大的缺點便是易銹蝕。因此，在對鋼結構設計時要進行防腐防銹設計，并設計出具體的施工方案。但是，在實際施工中，某些施工單位為了降低防腐防蝕的投入成本，不按設計的要求對鋼結構進行防腐防銹處理，甚至出現偷工減料的情況，使得鋼結構出現過早銹蝕的問題，需要反復維修，造成實際成本的提高。或者由于沒有對鋼結構及時進行防銹處理保護，導致鋼結構使用壽命減短。

4 鋼結構設計在建筑結構設計中的特點

把鋼結構用于建筑施工中可以提高整體建筑的質量水平。特別是針對目前的城鎮化建設，要對施工的每一個環節進行重視，從而提高整個建筑行業的施工水平。前面已經提到，鋼結構設計在建筑施工中的應用體現出很多優勢。從設計思想方面來講，鋼結構和混凝土結構以及磚石結構設計有很大不同，鋼結構設計主要體現出設計者的創意性，是柔性設計思維的體現，因此鋼結構在形變方面要求很高，這也體現出其設計特色。

另一方面，鋼結構設計對建筑結構中荷載的反應要求高，因此需要對鋼結構設計中所用到的材料選擇進行重視。高強度、輕質量的材料，對于整個建筑質量的減輕起到至關重要的作用。還要對鋼結構設計建筑的荷重進行控制，對比各種施工材料的強度，鋼結構的強度最大，同種荷載條件下，鋼結構的截面是最小的。

5 現代鋼結構設計的主要特點

對于現代鋼結構設計的主要特點，要從以下兩個方面分析：①現代鋼結構在設計施工過程中對細節的重視程度。②現在鋼結構設計在施工前期的充分規劃。以下是詳細的分析和闡述：

（1）現在鋼結構在設計施工中對細節十分重視。鋼結構最主要的特點就是把各種各樣的結構構件通過一定的力學方式連接起來，這就使得施工過程中存在較多的結構件的連接點。任何一個設計的品質都取決于細節的設計，當然鋼結構也一樣。所以要想保證鋼結構設計的質量和品質，需要專業的設計人員從細節入手，把連接點的這些小細節設計到位，同時還要保證整個結構件的功能和穩定。

（2）現在鋼結構設計在設計前期就已經進行了充分的規劃。在對建筑工程的鋼結構進行設計時，一定要充分考慮到結構構件施工的實用性。不僅要考慮到鋼結構的經濟性，還要對結構施工的可行性方面進行充分策劃。雖然說在鋼結構的設計中，藝術性占據很重要的位置。但要認清，剛結構的穩定性才是保證整個工程的重中之重。在設計過程中要嚴格遵守建筑工程的設計標準和設計原則。

6 結束語

鋼結構因其自身良好的特性在我國建筑行業中得到越來越廣泛的推廣應用。鋼結構不但能夠使建筑周期減短、降低施工成本，還具有良好的環保性和抗震能力，這些性質不僅符合國家可持續發展的要求，也充分保證了整個建筑工程的安全性和可靠性，有助于企業的未來發展。不難看出，鋼結構在未來的建筑領域將會占據很大市場，要加大對鋼結構應用的推廣，從而促進我國建筑行業的快速發展。

[1]黃首贊.鋼結構在建筑結構設計應用中存在的問題分析[J].低碳世界，2015（08）：189～190.

[2]趙根田，劉卉.鋼結構設計在現代建筑中的應用分析[J].建筑設計，2016（09）：44.

[3]李有力.鋼結構在建筑設計中的應用分析[J].低碳世界，2015（03）：22.